工程抗震-2地震波传播讲解.ppt

《工程结构抗震》 第二章 地震作用以及抗震概念设计 2.1 地震波传播过程 震源传播可分为两个阶段，第一阶段是从震源传到地下基岩、第二阶段是从地下基岩传至地表面。 第一阶段波形变化主要表现为振幅衰减。这一阶段地震波的周期特性变化比较小，波形改变是以振幅衰减为主，因此也称之为距离衰减。 第二阶段传播中穿过地表面的土层，波在土层之间发生折射和反射后传到地表面，地面的地震波周期和振幅特性与基岩位置的地震波相比有比较明显的差异，这种差异与地表面土层结构和地质条件密切相关。 根据这种地震波传播的特点，研究结构地震反应除了震级外，还需要考虑地震波传播距离和表面土层条件的影响。 2.2 地震对结构物的作用形式 第一种形式：惯性力（ma）作用在结构，荷载大小与结构自身的质量和地震加速度响应有关。 柔性结构和刚性结构区别。 第二种形式：地面相对位移产生超静定内力和过大的结构变形。 目前，对于第一种地震影响研究比较多，但是对于第二种地震作用的研究比较少，难度更大。 2.3 地震波 地震动（波）是认识地震、地震破坏机理的重要依据。美国最早进行地震波记录，1940年5月的El Centro California地震波和1952年7月的Tafe California地震波在结构地震反应分析中得到广泛应用，这两条地震波的加速度峰值为318.4gal和154.7gal。 我国是1962年开始观测地震动。目前，美国、日本有大量的地震波在网站公开，有几万条地震波。观测点布置从平面观测网向空间观测网发展 地震波的强震持续时间、最大地震加速度是反映地震波特性的重要参数。 对地震波通过信号分析和反应谱计算，从中可以获得地震动的周期特性、反应谱曲线等信息，这些信息在结构抗震设计中十分重要，是计算地震作用的重要依据。 汶川地震的地震波 2008年日本岩手地震 2004年日本中越地震 1999年台湾集集地震 2.4 地震波的种类 地震波包括P波（Primary）、S波（Second）和表面波三种。 其中P波为最先达到地面的波，是压缩波，质点的运动方向与波的传播方向在同一坐标轴上。P波是一种体波，在地球内部三维实体传播，波速为 S波为其后达到地面的体波，是剪切波，质点运动与波的传播方向垂直，波速低于P波的传播速度。S波到达地表面附近时，有不包含竖向运动分量的SH波和同时包含竖向、水平运动分量的SV波两种形式。 表面波是在层状场地中地震波传播过程逐渐形成的，是体波在弹性模量不同的地层分界面经多次反射、折射到达地表面的波，沿着地表面传播。 Love波质点沿水平方向振动的波，在表层剪切波速度小于下层剪切波速度的场地内体波经过多次反射、折射形成的。 Rayleigh波是各向同性的半无限弹性体表面附近所形成的，质点在波传播方向的竖直平面内作后退的椭圆振动，振幅随着深度的增大而减小，在无限深处的振幅为零。 在结构抗震设计时，考虑不同类型波是非常复杂的，一般不加以区别，但对于地下结构、地震预报等领域波的类型非常重要。 日本UrEDAS（Urgent Earthquake Detection and Alarm System），利用电磁波传播速度(约30万公里/秒)大于地震波速(约10公里/秒)、P波早于S波达到的原理，从异地监测到的地震信息向新干线发送地震警报。 地震波中S波的成分最卓越，但也有例外。 2.5 地震波峰值 峰值地震加速度、速度和位移是反映地震作用大小的重要参数，我国对峰值加速度(水平)与设计烈度之间建立了对应关系。 竖向地震加速度的峰值为水平地震加速度的1/3左右。 水平峰值加速度与烈度关系 设防烈度 6 7 8 9 加速度峰值 0.05g 0.10g (0.15g) 0.20g (0.30g) 0.40g 2.6 结构抗震概念设计(概要) （1）合理选址 选择方法：避开对抗震不利的场地。 1）避开容易发生大变形的地段：如滑坡、坍方、地陷、地裂、断层等。 2）避开液化、淤泥质软土等容易失效或者陷落的场地。 3）选择平坦、土质坚硬、土层均匀场地。 4）地震烈度比较高的地方严格限制建造重大工程等。 因场地变形引起破坏的实例 场地变形